DE102010005292B4

DE102010005292B4 - Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102010005292B4
Application number: DE102010005292.2A
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Phillips; James M. Hart; Clinton E. Carey; Scott H. Wittkopp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: US20100190600A1; DE102010005292A1; US8002662B2; CN101788040B; CN101788040A

Abstract

Mehrganggetriebe (14), umfassend:ein Antriebselement (17);ein Abtriebselement (19);einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (20, 30, 40, 50), die jeweils ein Sonnenrad (22, 32, 42, 52), ein Hohlrad (24, 34, 44, 54) und eine Planetenträgeranordnung (26, 36, 46, 56) aufweisen;ein erstes Verbindungselement (70), das die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30), dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) und dem Hohlrad (54) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet;ein zweites Verbindungselement (72), das das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit der Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) und der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet;eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (80, 82, 84, 85, 86, 87), die in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (17) und dem Abtriebselement (19) herzustellen;wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (80) das Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (40) selektiv mit einem Getriebegehäuse (60) verbindet;die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (82) das Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit dem Getriebegehäuse (60) verbindet;die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (84) das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit der vierten, fünften und sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (85, 86, 87) verbindet;die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (85) das Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der dritten, der fünften und der sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 86, 87) verbindet;die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (86) die Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit der dritten, der vierten und der sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 85, 87) verbindet; unddie sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (87) das Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit der dritten, der vierten und der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 85, 86) verbindet,wobei das Antriebselement (17) ständig mit der Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) verbunden ist; und das Abtriebselement (19) ständig mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lastschaltgetriebe, das vier Planetenradsätze aufweist, die durch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen gesteuert werden, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Personenkraftwagen umfassen einen Antriebsstrang, der aus einem Motor, einem Mehrganggetriebe und einem Differenzial- oder Achsantrieb besteht. Das Mehrganggetriebe erhöht den Gesamtbetriebsbereich des Fahrzeugs, indem es zulässt, dass der Motor seinen Drehmomentbereich mehrmals durchlaufen kann. Die Anzahl von Vorwärtsgängen, die in dem Getriebe verfügbar ist, bestimmt die Häufigkeit, mit der der Drehmomentbereich des Motors wiederholt durchlaufen werden kann. Frühe Automatikgetriebe wiesen zwei Drehzahlbereiche auf. Dies begrenzte den Gesamtdrehzahlbereich des Fahrzeugs stark und erforderte daher einen relativ großen Motor, der einen breiten Drehzahl- und Drehmomentbereich erzeugen konnte. Dies führte dazu, dass der Motor während der Fahrt bei einem spezifischen Kraftstoffverbrauchspunkt arbeitete, der nicht der Punkt mit der höchsten Wirtschaftlichkeit war. Daher waren von Hand geschaltete Getriebe (Vorgelegewellengetriebe) am beliebtesten.
Mit dem Aufkommen von Drei- und Viergang-Automatikgetrieben nahm die Beliebtheit des automatisch schaltenden (Planetenrad-)Getriebes bei den Autofahrern zu. Diese Getriebe verbesserten das Betriebsverhalten und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs. Die erhöhte Anzahl von Gängen verringert die Stufengröße zwischen Übersetzungsverhältnissen und verbessert daher die Schaltqualität des Getriebes, indem es die Gangwechsel für den Bediener bei normaler Fahrzeugbeschleunigung im Wesentlichen nicht wahrnehmbar macht.
Sechsganggetriebe bieten mehrere Vorteile gegenüber Vier- und Fünfganggetrieben, die eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit einschließen. Während viele Lkw Lastschaltgetriebe mit sechs oder mehr Vorwärtsgängen anwenden, werden Pkw aufgrund der Größe und Komplexität dieser Getriebe noch mit Drei- und Viergang-Automatikgetrieben und relativ wenigen Fünf- oder Sechsgangeinrichtungen hergestellt.
Sieben-, Acht-, Neun und Zehnganggetriebe bieten weitere Verbesserungen bei der Beschleunigung und Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber Sechsganggetrieben.
Aus der US 2009 / 0 017 977 A1 ist ein Zehnganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen bekannt, von denen zwei Bremsen und vier Kupplungen sind. Es gibt keine Kupplung, die eine Verbindung mit drei weiteren Kupplungen herstellen kann.
Die DE 10 2005 005 616 A1 offenbart Zehn- und Elfganggetriebe mit vier Planetenradsätzen und sieben Drehmomentübertragungseinrichtungen, von denen vier Bremsen und drei Kupplungen sind. Es ist keine Kupplung vorgesehen, die in der Lage ist, eine Verbindung mit drei weiteren Kupplungen herzustellen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Getriebe bereitzustellen, das vier Planetenradsätze aufweist, die gesteuert werden, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Mehrganggetriebe mit den Merkmalen des Anspruches gelöst.
Eine Vielfalt von Drehzahlverhältnissen und Verhältnisspreizungen kann durch geeignetes Wählen der Zähneverhältnisse der Planetenradsätze realisiert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:

1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs, der ein Planetengetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 ist eine Schalttabelle, die einige der Betriebseigenschaften des in 1 gezeigten Antriebsstrangs veranschaulicht;
3 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs von 1, der in einer Hebeldiagrammform dargestellt ist; und
4 ist eine alternative Schalttabelle.

In 1 ist ein Antriebsstrang 10 gezeigt, der einen herkömmlichen Motor und Drehmomentwandler 12, ein Planetengetriebe 14 und einen herkömmlichen Achsantriebsmechanismus 16 aufweist.
Das Planetengetriebe 14 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit dem Motor 12 verbunden ist, eine Planetenradanordnung 18 und ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist. Die Planetenradanordnung 18 umfasst vier Planetenradsätze 20, 30, 40 und 50.
Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenrad 22, ein Hohlrad 24 und eine Planetenträgeranordnung 26. Die Planetenträgeranordnung 26 umfasst mehrere Planetenräder 27, die drehbar an einem Träger 29 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 22 als auch dem Hohlrad 24 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenrad 32, ein Hohlrad 34 und eine Planetenträgeranordnung 36. Die Planetenträgeranordnung 36 umfasst mehrere Planetenräder 37, die drehbar an einem Träger 39 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenrad 32 als auch dem Hohlrad 34 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenrad 42, ein Hohlrad 44 und eine Planetenträgeranordnung 46. Die Planetenträgeranordnung 46 umfasst mehrere Planetenräder 47, die an einem Träger 49 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 44 als auch dem Sonnenrad 42 angeordnet sind.
Der Planetenradsatz 50 umfasst ein Sonnenrad 52, ein Hohlrad 54 und eine Planetenträgeranordnung 56. Die Planetenträgeranordnung 56 umfasst mehrere Planetenräder 57, die an einem Träger 59 montiert und in kämmender Beziehung mit sowohl dem Hohlrad 54 als auch dem Sonnenrad 52 angeordnet sind.
Die Planetenradanordnung umfasst auch sechs Drehmomentübertragungseinrichtungen 80, 82, 84, 85, 86 und 87. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 80 und 82 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom feststehenden Typ, die üblicherweise Bremsen oder Reaktionskupplungen genannt werden. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 84, 85, 86 und 87 sind Drehmomentübertragungseinrichtungen vom rotierenden Typ, die üblicherweise Kupplungen genannt werden.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 56 des Planetenradsatzes 50 verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40 verbunden.
Ein erstes Verbindungselement 70 verbindet die Planetenträgeranordnung 26 des Planetenradsatzes 20 ständig mit dem Hohlrad 34 des Planetenradsatzes 30, dem Sonnenrad 42 des Planetenradsatzes 40 und dem Hohlrad 54 des Planetenradsatzes 50. Ein zweites Verbindungselement 72 verbindet das Hohlrad 24 des Planetenradsatzes 20 ständig mit der Planetenträgeranordnung 36 des Planetenradsatzes 30 und der Planetenträgeranordnung 46 des Planetenradsatzes 40.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet das Hohlrad 44 des Planetenradsatzes 40 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 82, verbindet das Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet das Sonnenrad 22 des Planetenradsatzes 20 selektiv mit der Kupplung 85, der Kupplung 86 und der Kupplung 87. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet das Sonnenrad 32 des Planetenradsatzes 30 selektiv mit der Kupplung 84, der Kupplung 86 und der Kupplung 87. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet die Planetenträgeranordnung 56 des Planetenradsatzes 50 selektiv mit der Kupplung 84, der Kupplung 85 und der Kupplung 87. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 87, verbindet das Sonnenrad 52 des Planetenradsatzes 50 selektiv mit der Kupplung 84, der Kupplung 85 und der Kupplung 86.
Wie es in der Schalttabelle von 2 gezeigt ist, werden die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt, um zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit aufeinander folgenden Schaltvorgängen mit einem einzigen Übergang, wobei vier Schnellgänge vorgesehen sind.
Wie es oben ausgeführt wurde, ist der Einrückplan für die Drehmomentübertragungseinrichtungen in der Schalttabelle von 2 gezeigt. Das Schaubild von 2 beschreibt die Verhältnisstufen, die in dem oben beschriebenen Getriebe erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,43, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang und dem ersten Vorwärtsgang -0,70 beträgt.
In 3 ist der in 1 gezeigte Antriebsstrang 10 in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht. Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Bauteile einer mechanischen Einrichtung, wie eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel stellt einen Planetenradsatz dar, wobei die drei grundlegenden mechanischen Bauteile des Planetenradsatzes jeweils durch einen Knoten dargestellt sind. Daher enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenrad, einen für den Planetenradträger und einen für das Hohlrad. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann dazu verwendet werden, das Hohlrad/- Sonnenrad-Verhältnis eines jeden jeweiligen Zahnradsatzes darzustellen. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum dazu verwendet, die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu verändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erreichen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze sind durch dünne, horizontale Linien veranschaulicht, und Drehmomentübertragungseinrichtungen, wie Kupplungen und Bremsen, sind als ineinander greifende Finger dargestellt. Wenn die Einrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger auf Masse festgelegt.
Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Antriebselement 17, das ständig mit dem Motor 12 verbunden ist, ein Abtriebselement 19, das ständig mit dem Achsantriebsmechanismus 16 verbunden ist, einen ersten Planetenradsatz 20A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 22A, einem zweiten Knoten 26A und einem dritten Knoten 24A; einen zweiten Planetenradsatz 30A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 32A, einem zweiten Knoten 36A und einem dritten Knoten 34A; einen dritten Planetenradsatz 40A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 42A, einem zweiten Knoten 46A und einem dritten Knoten 44A; und einen vierten Planetenradsatz 50A mit drei Knoten: einem ersten Knoten 52A, einem zweiten Knoten 56A und einem dritten Knoten 54A.
Das Antriebselement 17 ist ständig mit dem Knoten 56A verbunden. Das Abtriebselement 19 ist ständig mit dem Knoten 46A verbunden.
Die Knoten 26A, 34A, 42A und 54A sind ständig über das Verbindungselement 70 verbunden. Die Knoten 24A, 36A und 46A sind ständig über das Verbindungselement 72 verbunden.
Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 80, verbindet den Knoten 44A selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine zweite Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Bremse 82, verbindet den Knoten 52A selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 84, verbindet den Knoten 22A selektiv mit den Kupplungen 85, 86 und 87. Eine vierte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 85, verbindet den Knoten 32A selektiv mit den Kupplungen 84, 86 und 87. Eine fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 86, verbindet den Knoten 56A selektiv mit den Kupplungen 84, 85 und 87. Eine sechste Drehmomentübertragungseinrichtung, wie Kupplung 87, verbindet den Knoten 52A selektiv mit den Kupplungen 84, 85 und 86.
Um Drehzahlverhältnisse herzustellen, werden für jeden Gangzustand drei Drehmomentübertragungseinrichtungen eingerückt. Die eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtungen sind in jeder jeweiligen Zeile von 2 durch ein „X“ dargestellt. Um beispielsweise den Rückwärtsgang herzustellen, werden die Bremse 80 und die Kupplungen 85 und 86 eingerückt. Die Bremse 80 bringt den Knoten 44A mit dem Getriebegehäuse 60 in Eingriff. Die Kupplungen 85 und 86 bringen den Knoten 32A mit dem Knoten 56A in Eingriff. Gleichermaßen werden die zehn Vorwärtsgänge durch unterschiedliche Kombinationen einer Kupplungseinrückung wie nach 2 erreicht.
Wie es in der Schalttabelle von 4 gezeigt ist, können die Drehmomentübertragungseinrichtungen selektiv in Kombinationen von dreien eingerückt werden, um elf Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang bereitzustellen, und zwar alle mit aufeinander folgenden Schaltvorgängen mit einem einzigen Übergang, wobei zwei Schnellgänge vorgesehen sind. Die Schalttabelle von 4 beschreibt die Verhältnisstufen, die bei anderen Zähneverhältnissen der Planetenradsätze in dem oben beschriebenen Getriebe erzielt werden. Beispielsweise beträgt das Stufenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Vorwärtsgang 1,67, während das Stufenverhältnis zwischen dem Rückwärtsgang und dem ersten Vorwärtsgang -0,36 beträgt.

Claims

Mehrganggetriebe (14), umfassend: ein Antriebselement (17); ein Abtriebselement (19); einen ersten, zweiten, dritten und vierten Planetenradsatz (20, 30, 40, 50), die jeweils ein Sonnenrad (22, 32, 42, 52), ein Hohlrad (24, 34, 44, 54) und eine Planetenträgeranordnung (26, 36, 46, 56) aufweisen; ein erstes Verbindungselement (70), das die Planetenträgeranordnung (26) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit dem Hohlrad (34) des zweiten Planetenradsatzes (30), dem Sonnenrad (42) des dritten Planetenradsatzes (40) und dem Hohlrad (54) des vierten Planetenradsatzes (50) verbindet; ein zweites Verbindungselement (72), das das Hohlrad (24) des ersten Planetenradsatzes (20) ständig mit der Planetenträgeranordnung (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) und der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbindet; eine erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (80, 82, 84, 85, 86, 87), die in Kombinationen von dreien eingerückt sind, um zumindest zehn Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang zwischen dem Antriebselement (17) und dem Abtriebselement (19) herzustellen; wobei die erste Drehmomentübertragungseinrichtung (80) das Hohlrad (44) des dritten Planetenradsatzes (40) selektiv mit einem Getriebegehäuse (60) verbindet; die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung (82) das Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit dem Getriebegehäuse (60) verbindet; die dritte Drehmomentübertragungseinrichtung (84) das Sonnenrad (22) des ersten Planetenradsatzes (20) selektiv mit der vierten, fünften und sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (85, 86, 87) verbindet; die vierte Drehmomentübertragungseinrichtung (85) das Sonnenrad (32) des zweiten Planetenradsatzes (30) selektiv mit der dritten, der fünften und der sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 86, 87) verbindet; die fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung (86) die Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit der dritten, der vierten und der sechsten Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 85, 87) verbindet; und die sechste Drehmomentübertragungseinrichtung (87) das Sonnenrad (52) des vierten Planetenradsatzes (50) selektiv mit der dritten, der vierten und der fünften Drehmomentübertragungseinrichtung (84, 85, 86) verbindet, wobei das Antriebselement (17) ständig mit der Planetenträgeranordnung (56) des vierten Planetenradsatzes (50) verbunden ist; und das Abtriebselement (19) ständig mit der Planetenträgeranordnung (46) des dritten Planetenradsatzes (40) verbunden ist.